采樣率為192kHz的24位AD轉(zhuǎn)換器CS5361原理及應(yīng)用

1、    摘要：CS5361是CRYSTAL公司推出的192kHz采樣率、多位（24位）音頻A/D轉(zhuǎn)換器，它具有雙通道輸入、采樣率高、動態(tài)范圍大等特點(diǎn)，非常適合于高端音響或其它領(lǐng)域的應(yīng)用。文中介紹了CS5361的主要特點(diǎn)、工作原理，并給出了它的典型應(yīng)用實例。 關(guān)鍵詞：AD轉(zhuǎn)換器；CS5361；采樣 的主要特性是公司推出的、數(shù)據(jù)輸出率的位結(jié)構(gòu)音頻轉(zhuǎn)換器，其主要特性如下：采用多位結(jié)構(gòu)；具有位轉(zhuǎn)換精度； 動態(tài)范圍；總諧波失真噪聲優(yōu)于 ；系統(tǒng)采樣率高達(dá)；功耗小于內(nèi)部帶有高通濾波電路或直流失調(diào)電壓標(biāo)定電路；內(nèi)帶線性相移數(shù)字抗混濾波器；支持到邏輯電平；采用差動輸入結(jié)構(gòu)

2、；具有溢出檢測功能；采用腳或封裝形式。是供數(shù)字音頻系統(tǒng)使用的完整的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可完成采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換、抗混濾波等功能，并最終產(chǎn)生以串行模式輸出的、對應(yīng)于左右兩個輸入通道信號的位采樣數(shù)據(jù)，而且其最高數(shù)據(jù)輸出率可高達(dá)。芯片采用具有優(yōu)良噪聲抑制能力的差動輸入結(jié)構(gòu)，并采用階多位調(diào)制器，同時帶有數(shù)字濾波器和抽樣器，從而避免了需要外部抗混濾波器的麻煩。的引腳排列及功能采用腳或封裝，引腳排列圖如圖所示。芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示。各引腳的功能如下：低功耗模式選擇端，低電平有效； ：主、從模式選擇引腳，該腳為低電平時，芯片為從工作模式；：該端可用于決定當(dāng)前串行數(shù)據(jù)屬于左通道還是右通道；：串行移位時鐘端口；：調(diào)制器和

3、數(shù)字濾波器的時鐘源；：芯片數(shù)字電源；：地參考，必須與模擬地相連；：數(shù)字輸入輸出部分電源；：串行數(shù)據(jù)信號輸出端；：時鐘分頻端，該腳為高電平時，主時鐘被分頻；：高通濾波器允許端，該腳為低電平時，高通濾波器工作；：數(shù)據(jù)輸出格式選擇端，該腳為高電平時，輸出格式為，否則為左對齊輸出格式；、：操作模式選擇端；：左右通道溢出指示腳；，：分別為左右通道模擬信號的、輸入端；：模擬電源輸入端；：內(nèi)部靜態(tài)參考電壓，使用時應(yīng)連接濾波器；：內(nèi)部采樣電路參考地；：內(nèi)部采樣電路參考電壓。 基本工作原理轉(zhuǎn)換器工作時，應(yīng)根據(jù)工作的具體需要確定工作模式、操作模式、輸出格式、高通濾波模式等工作參數(shù)，下面分別介紹這些參數(shù)的意義及設(shè)置

4、方式。 操作模式及采樣率范圍選擇轉(zhuǎn)換器的、引腳狀態(tài)可用于決定芯片的操作模式，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)牟僮髂Ｊ?，可使的輸出采樣率（）在到之間進(jìn)行選擇。每種操作模式對應(yīng)的采樣率范圍如表所列。表1 工作模式與輸出采樣率范圍對應(yīng)表M1M0操作模式輸出采樣率范圍（kHz）00單速模式24801倍速模式489610四速模式9619211保留- - -對于每種操作模式，芯片的性能可能略有差異，例如，工作在單速模式時，的數(shù)字濾波器的通帶為，阻帶大于，阻帶衰減優(yōu)于，濾波器群延時為（）；工作在倍速模式時，的數(shù)字濾波器的通帶為，阻帶大于，阻帶衰減優(yōu)于，濾波器群延時為（）；工作在四速模式時，的數(shù)字濾波器的通帶為，阻帶大于，阻帶

5、衰減優(yōu)于，濾波器群延時為（），因此，應(yīng)根據(jù)實際需要適當(dāng)選擇的操作模式。 系統(tǒng)時鐘和狀態(tài)當(dāng)?shù)牟僮髂Ｊ酱_定后，系統(tǒng)時鐘和的狀態(tài)將決定具體的輸出采樣率（）、左右通道時鐘和串行移數(shù)時鐘頻率（）。對于單速模式，其采樣率范圍為，因此，當(dāng)為時， 的范圍應(yīng)為；而當(dāng)為時， 的范圍應(yīng)為；對于倍速模式，采樣率范圍為，故在為時， 的范圍應(yīng)為；為時的范圍應(yīng)為；對于四速模式，由于其采樣率范圍為因此，當(dāng)為時，的范圍應(yīng)為 ；而當(dāng)為時， 的范圍則應(yīng)為。 主從模式設(shè)置通過設(shè)置芯片的第腳為高電平可使進(jìn)入主模式，反之進(jìn)入從模式。主從模式的區(qū)別在于進(jìn)入主模式時，、為輸出信號而在從模式時，、為輸入信號，并應(yīng)保證、與同步，同時應(yīng)使、，否則

6、將影響器件性能的發(fā)揮。設(shè)計主從模式的目的在于，多片同步工作時，可以使其中的一片工作于主模式，其它工作于從模式，從模式的、來自于主模式的，這樣可保證多片的同步工作。 高通濾波器和直流偏移標(biāo)定由于轉(zhuǎn)換器內(nèi)部集成有數(shù)字高通濾波器。因此，可通過控制該芯片引腳的狀態(tài)來控制高通濾波器的工作狀況，具體的方法是：當(dāng)為時，內(nèi)部高通濾波器將連續(xù)記錄通道內(nèi)的低頻信號，并從抽樣濾波器中濾除低于轉(zhuǎn)折頻率的低頻信號，從而實現(xiàn)高通濾波功能。此時高通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為，高通濾波器的建立時間為（）；而當(dāng)為時，高通濾波器記錄的低頻信號被凍結(jié)，并連續(xù)地從抽樣濾波器中被扣除，從而實現(xiàn)直流偏移校正功能。與相連的模擬通道在工作時，可能會

7、產(chǎn)生小的直流偏移，從而影響性能的發(fā)揮。因此，可以利用內(nèi)部集成的數(shù)字高通濾波器將直流偏移校正掉，現(xiàn)將其工作過程說明如下：（） 開通高通濾波器，等待至少秒的時間以建立高通濾波功能；（） 高通濾波器建立后，禁止高通濾波器工作，凍結(jié)直流偏移值，此時芯片的輸出即為去掉直流偏移后的數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)說明的是：在此過程中，應(yīng)始終保持處在正常工作狀態(tài)。如果進(jìn)入低功耗模式，那么高通濾波器中凍結(jié)的直流偏移值將被復(fù)位，此時若想實現(xiàn)直流偏移校正功能，則必須重復(fù)上述過程。圖3 數(shù)據(jù)輸出格式控制的數(shù)據(jù)輸出格式有左對齊格式和格式。通過控制腳的狀態(tài)可以選擇數(shù)據(jù)的輸出格式。當(dāng)為時，數(shù)據(jù)輸出格式為左對齊格式；當(dāng)為時，數(shù)據(jù)輸出格式為格式。

8、兩種格式的時序圖如圖所示。應(yīng)用同其它高精度轉(zhuǎn)換器一樣，在實際應(yīng)用時，也應(yīng)特別注意地線和電源線的布線。設(shè)計時必須為和提供干凈的電源，當(dāng)用給內(nèi)部的數(shù)字濾波器供電時，可以通過一個電阻從上獲取，也可以直接與系統(tǒng)的邏輯電源相連。而如果從上獲取，則必須保證不再給其它數(shù)字電路供電。電源退耦電容必須盡可能靠近，而且應(yīng)使小容量的電容更靠近。所有信號，特別是時鐘信號必須遠(yuǎn)離和引腳，接在和上的退耦電容必須放在與最近的位置。為了減小數(shù)字信號干擾，的數(shù)字輸出應(yīng)該只驅(qū)動輸入端。圖是的典型應(yīng)用電路連接圖。由于只以有限頻率采樣模擬信號，因此，高于一定頻率的信號可能會引起假頻信號。另外，由于的輸入阻抗有限，因此，在輸入端還應(yīng)加

9、一定帶寬的阻抗匹配電路，以改善的性能。由于參考電壓的源阻抗以及外部濾波電容的影響，系統(tǒng)上電后，必須經(jīng)過一段時間，參考電壓才能穩(wěn)定，因此，必須等待一段時間后才能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。另外在實際使用時，還有以下幾點(diǎn)需要注意：（）內(nèi)部的數(shù)字濾波器為線性相移濾波器，因此應(yīng)根據(jù)這一特點(diǎn)對不同頻率信號的相位作出校正；（）在開始工作時，由于要等待濾波器穩(wěn)定，因此在濾波器穩(wěn)定前可輸出個左右的無效數(shù)據(jù)，無效數(shù)據(jù)的具體個數(shù)與操作模式有關(guān)，此點(diǎn)應(yīng)注意；（）從穩(wěn)定到第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)，有一定的延時，延時大小與操作模式有關(guān)；（）轉(zhuǎn)換器的四速模式和倍速模式時的信號帶寬幾乎完全一樣，所不同的是四速模式時的輸出采樣率更高一些，濾波器的通頻帶也更寬一些，因此在滿足采樣率要求的前提下，應(yīng)盡量采用低速操作模式，實際使用發(fā)現(xiàn)：在低速模式時的性能優(yōu)于高速模式。（）利用的高通濾波器進(jìn)行直流偏移校正時，它只是去除了做直流標(biāo)定前通道所產(chǎn)生的直流偏移，而對于在采樣進(jìn)行中產(chǎn)生的偏移，此功能不起作用。（）的數(shù)